CNC Tornalama ve Frezeleme Merkezleri: Nedirler ve Nasıl Seçilirler

CNC Torna ve Freze Merkezi Aslında Nedir?

Torna-freze merkezi, çok görevli makine veya canlı takımlı CNC torna tezgahı olarak da adlandırılan CNC torna ve frezeleme merkezi, iş parçasını fener milinden çıkarmadan tek bir kurulumda hem rotasyonel tornalama işlemlerini hem de döner frezeleme, delme ve kılavuz çekme işlemlerini gerçekleştiren bir takım tezgahıdır. Geleneksel işleme, bu işlemleri özel torna tezgahları ve işleme merkezleri arasında ayırır ve operatörün parçayı makineler arasında manuel olarak aktarmasını, yeniden fikstürlemesini ve birbirini izleyen her işlem için yeniden referans vermesini gerektirir. Her aktarım, işleme sırası boyunca biriken ve yönetilmesi için cömert toleranslar veya işlem sonrası inceleme gerektiren konumsal hatalara neden olur. Bir tornalama ve frezeleme merkezi, işleme sırasının tamamını veya büyük çoğunluğunu tek bir bağlamada tamamlayarak tüm bu ara kurulumları ortadan kaldırır.

Makine, kesici takımları ana iş parçası iş milinden bağımsız olarak tutan ve döndüren tahrikli bir takım taretiyle veya ikincil frezeleme iş miliyle birleştirilmiş bir C eksenine (iş mili ekseni etrafında döner indeksleme yeteneği) veya tam hat kontrolüne sahip bir CNC torna iş milini entegre eder. Bu tahrikli takımlama yeteneği, bir tornalama ve frezeleme merkezini standart bir CNC torna tezgahından ayıran şeydir; takımların kendisi dönebilir ve parçayı yeniden konumlandırmaya gerek kalmadan silindirik veya karmaşık prizmatik özellikler üzerinde merkez dışı delme, çapraz delme, düz frezeleme, oluk kesme ve diş frezelemeyi mümkün kılar. Üst düzey torna-freze merkezleri, hem X hem de Z eksenlerine dik Y ekseni hareketi ekleyerek parçanın merkez hattında yer almayan özellikler üzerinde tamamen ofset frezeleme işlemlerine olanak tanır; bu, aksi takdirde torna tipi bir makinede tamamlanması imkansız olan eksantrik deliklerin, kama yuvalarının, dairelerin ve bileşik açılı özelliklerin işlenmesi için gereken bir yetenektir.

için iş durumu CNC torna ve freze merkezleri orta ila yüksek hacimde karmaşık döner parçalar üreten her atölye için ilgi çekicidir. Makineler arası aktarımların ortadan kaldırılması, toplam çevrim süresini kısaltır, yarı mamul envanterini azaltır, ara ölçüm istasyonlarına olan ihtiyacı ortadan kaldırır ve tek bir makine operatörünün bir parçanın tüm üretimini denetlemesine olanak tanır. Kurulum süresinin parça başına toplam maliyetin önemli bir bölümünü oluşturduğu yüksek karışımlı ortamlarda, üç veya dört makine kurulumundan bir makine kurulumuna azaltmak, anında ve ölçülebilir verimlilik kazanımları sağlar.

Çekirdek Makine Konfigürasyonları: Torna-Freze Merkezleri Nasıl İnşa Edilir?

CNC torna ve freze merkezleri tek bir makine tipi değil, her biri farklı bir karmaşıklık, iş parçası boyutu, üretim hacmi ve bütçe dengesi için optimize edilmiş bir konfigürasyon ailesidir. Bu konfigürasyonların nasıl farklılaştığını anlamak, belirli bir üretim gereksinimi için doğru makineyi belirlemek açısından önemlidir; iş için gereğinden fazla özellikli bir makine, gereksiz sermaye maliyeti ve karmaşıklık yaratırken, yetersiz tanımlanmış bir makine, çok görevli işleme amacını boşa çıkaran tavizleri zorlar.

Canlı Takım ve C Eksenli CNC Torna Tezgahı

Torna-freze işleme için giriş seviyesi konfigürasyonu, tahrikli takım taretine ve C ekseni iş mili konumlandırmasına sahip bir CNC torna tezgahıdır. Taret, taret gövdesindeki dahili bir motorla çalıştırılan statik tornalama takımları ve tahrikli frezeleme/delme kafalarının bir karışımını içerir. Ana iş mili, C ekseni CNC kontrolü altında herhangi bir açısal konuma endekslenir ve tahrikli takımların, parçanın çevresi etrafında herhangi bir saatli konumda eksenel ve radyal delme, frezeleme ve kılavuz çekme gerçekleştirmesine olanak tanır. Bu konfigürasyon, çubuk beslemeli şaft ve flanş bileşenleri için torna-freze uygulamalarının çoğunu kapsar: çapraz delikler, eksenel dişli portlar, altıgen veya kare tahrik özellikleri ve basit düz yüzeyler. Sınırlama, bir Y ekseninin bulunmamasıdır; tüm frezeleme işlemleri, parçanın merkez hattında veya merkez dışı özellikleri C-X düzleminde helisel enterpolasyonla üretilebilecek özelliklerle sınırlayan X ekseni takım konumlandırmasıyla birlikte C ekseni dönüşüyle ​​elde edilebilecek konumlarda gerçekleştirilmelidir.

Y Ekseni ve Freze Mili ile Torna-Freze Merkezi

Tahrikli takım taret tezgahına gerçek bir Y ekseni (genellikle X-Z düzlemine dik olarak ±50 ila ±100 mm hareket) eklemek, merkezden uzakta frezeleme, eksantrik delik delme, kama yuvası kesme ve parçanın dönme ekseni üzerinde yer almayan herhangi bir özelliği mümkün kılar. Y ekseni, gerçek bir tornalama ve frezeleme merkezini tesadüfi frezeleme kapasitesine sahip bir torna tezgahından ayıran özelliktir. Bu kategorideki makineler genellikle ön uç işlemeden sonra parçayı alan ve eş zamanlı veya sıralı işleme için arka yüzü sunan ikincil bir alt iş mili içerir; tek bir makine çevriminde tam OP10/OP20 işlemeyi mümkün kılar. Bu alt fener mili konfigürasyonu, her iki ucun da işleme gerektirdiği şaft ve kaplin bileşenlerinin yüksek hacimli üretimi için standarttır.

İsviçre Tipi CNC Torna-Freze Merkezleri

İsviçre tipi tornalama ve frezeleme merkezleri, iş parçasının kesme bölgesine çok yakın bir yerde sabit bir kılavuz burç tarafından desteklendiği, malzemenin işlenirken burç içinden eksenel olarak beslendiği kayar bir mesnet ve kılavuz burç düzenlemesi kullanır. Bu destek düzenlemesi, kesme sırasında iş parçasının sapmasını neredeyse tamamen ortadan kaldırarak, geleneksel bir torna tezgahında sapmaya ve çatırdamalara neden olabilecek 20:1 veya daha yüksek uzunluk-çap oranlarında çok ince parçaların (tipik olarak 1 mm'den 38 mm'ye kadar çaplara sahip çubuk stoğu) hassas bir şekilde döndürülmesine olanak tanır. İsviçre tipi torna-freze merkezleri, bu hassas tornalama kapasitesini frezeleme, delme ve arka işleme için çok sayıda tahrikli takım istasyonuyla birleştirerek onları küçük hassas bileşenlerin yüksek hacimli üretimi için standart makine tipi haline getiriyor: tıbbi vidalar ve implantlar, saat bileşenleri, dişçilik aletleri, hidrolik valf gövdeleri ve elektronik konektör pimleri.

Entegre Frezelemeli Yatay ve Dikey Tornalama Merkezleri

Ağır şaftlar, büyük flanşlar, türbin bileşenleri ve rüzgar enerjisi parçaları gibi büyük iş parçaları için, entegre B ekseni frezeleme millerine sahip yatay tornalama merkezleri kullanılır. B ekseni, frezeleme iş milinin dikey düzlemde herhangi bir açıya eğilmesine olanak tanıyarak karmaşık yüzeylerin, açılı deliklerin ve operasyonlar arasında güvenli bir şekilde yeniden konumlandırılması imkansız olan büyük, ağır bileşenler üzerindeki bileşik özelliklerin 5 eksenli eşzamanlı işlenmesine olanak tanır. Entegre frezeleme kapasitesine sahip dikey tornalama merkezleri (VTC'ler), yer çekiminin iş parçasının kelepçelenmesine yardımcı olmasını sağlayan ve büyük parçaların bir vinç veya robotla yüklenmesini kolaylaştıran dikey bir iş mili yönlendirmesi kullanarak büyük çaplı disk ve halka bileşenlerini (fren diskleri, dişli boşlukları, pompa çarkları) işler.

Tornalama ve Frezeleme Merkezi Seçerken Değerlendirilmesi Gereken Temel Özellikler

Üreticiler arasında CNC torna ve frezeleme merkezlerini karşılaştırmak, belirli bir iş parçası ailesi için makinenin yetenek kapsamını birlikte tanımlayan kapsamlı bir dizi spesifikasyonun değerlendirilmesini gerektirir. İş mili hızı gibi temel spesifikasyonlara odaklanırken taret indeks süresi, Y ekseni hareketi ve çubuk kapasitesi gibi eşit derecede önemli parametreleri göz ardı etmek, makinenin tüm hizmet ömrü boyunca üretim kapasitesini kısıtlayan hatalı satın alma kararlarına neden olur.

Tahrik edilen takım gücü ve hız spesifikasyonu, ana iş miline göre tezgah spesifikasyonlarında sıklıkla hafife alındığı için özel bir ilgiyi hak eder. 22kW ana iş miline sahip ancak yalnızca 3,7kW tahrikli takım motorlarına sahip bir tornalama merkezi, mükemmel tornalama sonuçları üretecektir ancak hafif frezeleme kesimleri ve küçük çaplı delme ile sınırlı olacaktır; önerilen kesme parametrelerinde modern yekpare karbür parmak frezelerden ve matkaplardan yararlanamayacaktır. Frezeleme işlemlerinin programlanan çevrim süresinin önemli bir bölümünü temsil ettiği atölyeler için, tahrik edilen takım gücü yalnızca rakip makine spesifikasyonlarıyla karşılaştırılmalı değil, planlanan spesifik frezeleme işlemlerine göre de değerlendirilmelidir.

Torna-Freze İşleme İçin En Uygun Parçalar ve Nedeni

Torna-freze işlemeden her parça eşit derecede faydalanmaz. En büyük avantajlar, esas olarak dönme karakterine sahip (döndürülmüş dış çaplar, delikli iç özellikler, dişli yüzeyler) fakat aynı zamanda normalde dikey veya yatay bir işleme merkezinde ikinci bir makine kurulumu gerektirecek ikincil prizmatik özellikleri de taşıyan parçalarda sağlanır. Bir parça ailesinin bu profile uyup uymadığını belirlemek, torna-freze yatırımına yönelik iş senaryosunu oluşturmanın ilk adımıdır.

Çapraz Özellikli Şaftlar

Tornalanmış çaplar, dişler ve taşlanmış muyluların çapraz delinmiş deliklerle, enine düzlüklerle, kama yuvalarıyla veya Woodruff kama yuvalarıyla bir araya getirilmesini gerektiren tahrik milleri, pompa milleri ve iş mili milleri ideal torna-freze adaylarıdır. Geleneksel bir torna tezgahında, önce tornalama sırası tamamlanır, ardından şaft, ikincil özellikler için bir freze makinesine veya matkaba aktarılır; bu, birden fazla fikstür, veri kayması potansiyeli ve önemli kullanım süresi içeren bir işlemdir. Bir tornalama ve frezeleme merkezinde, tüm özellikler tek bir veri referansı ile tek bir kelepçeleme işleminde tamamlanır, böylece tornalama ve frezeleme özellikleri arasında doğası gereği daha iyi konumsal doğruluk elde edilir ve tüm makineler arası transfer süreleri ortadan kaldırılır.

Flanşlı ve Bağlantılı Bileşenler

Hidrolik manifoldlar, valf gövdeleri, pompa gövdeleri ve flanşlı konnektörler, tornalanmış delikleri ve dış çapları, parçanın çevresine dağıtılmış cıvata deliği modelleri, delikli geçişler ve sızdırmazlık olukları ile birleştirir. Bir torna-freze merkezinin C ekseni indekslemesi, her tahrikli takım işleminden önce ana iş milini gerekli açısal konuma döndürerek bu dağıtılmış özellikleri hassas bir şekilde konumlandırır; böylece bir işleme merkezinde aynı konumlandırmayı elde etmek için gerekli olan döner tablayı veya indeksleyiciyi ortadan kaldırır. Sonuç olarak daha hızlı çevrim süresi, daha iyi açısal konum doğruluğu ve iş akışında daha az sayıda fikstür elde edilir.

Medikal ve Havacılık Hassas Bileşenleri

Kemik vidaları, diş implantları, cerrahi alet bileşenleri ve havacılık bağlantı elemanları ve bağlantı parçaları, titanyum alaşımları, kobalt-krom, Inconel ve paslanmaz çelik gibi zor malzemelerden, hem tornalanmış hem de frezelenmiş özelliklerde sıkı toleranslarla yüksek hacimlerde üretilmektedir. Bu sektörlerde hurda, yeniden işleme ve denetim hatasının maliyeti, hammadde ve kesici takım maliyetlerine göre orantısız derecede yüksektir. Kurulum sayısının azaltılması, konumlandırma hatası, hasarla başa çıkma ve veri kayması fırsatlarını doğrudan azaltır; torna-freze işlemeyi yalnızca bir üretkenlik artışı değil aynı zamanda havacılık ve tıbbi OEM'lerin tedarik zinciri kalite standartlarının zorunlu kıldığı bir kalite ve izlenebilirlik iyileştirmesi haline getirir.

Torna-Freze Tezgahları için CNC Kontrol Sistemleri ve Programlama

Bir CNC torna ve freze merkezinin programlanması, bağımsız bir torna tezgahının veya işleme merkezinin programlanmasından daha karmaşıktır çünkü programın birden fazla bağımsız ekseni (ana iş mili C ekseni, tahrikli takım iş mili, X/Y/Z doğrusal eksenleri ve varsa alt iş mili) maksimum çevrim verimliliği için üst üste gelebilecek sıralarda koordine etmesi gerekir. Fanuc, Siemens, Mazak (Mazatrol) ve Okuma'nın (OSP) modern CNC kontrolörleri, bu karmaşıklığı yöneten torna-frezeye özel programlama ortamları sağlar, ancak programcının, makinenin tüm potansiyelini gerçekleştirecek programlar yazabilmesi için makinenin özel eksen konfigürasyonunu ve eş zamanlı çalışma yeteneklerini anlaması gerekir.

Eşzamanlı Tornalama ve Frezeleme İşlemleri

Çift taretli veya taret artı frezeleme iş mili konfigürasyonuna sahip gelişmiş torna-frezeleme merkezleri, tornalama ve frezelemeyi aynı anda gerçekleştirebilir; bir takım tornalanmış bir yüzeyi keserken, ikinci bir takım aynı parça üzerinde farklı bir konumda çapraz özelliği eş zamanlı olarak frezeler. Bu örtüşen operasyonların programlanması, kontrolörün, ortak çalışma bölgesindeki takımlar ve takım tutucular arasındaki potansiyel etkileşimi yönetmesini gerektirir; modern kontroller, 3 boyutlu bir makine modeli kullanarak gerçek zamanlı çarpışma önleme izleme yoluyla bu sorunu giderir. Doğru şekilde programlandığında eş zamanlı işlemler, aynı makinede sıralı işlemlere kıyasla karmaşık parçalar için çevrim süresini %30-50 oranında azaltabilir.

Torna-Freze Programlaması için CAM Yazılımı

Makine kontrolünde konuşma programlaması, az sayıda tahrikli takım operasyonuna sahip basit torna-freze parçaları için pratik olsa da, birçok frezeleme özelliğine, bileşik açılara veya 5 eksenli kontur gereksinimlerine sahip karmaşık parçalar, torna-frezeleme son işlemcilerine sahip özel CAM yazılımı kullanılarak en iyi şekilde programlanır. Mastercam Mill-Turn, Siemens NX CAM, Hypermill ve SolidCAM iMachining'i içeren yazılım paketleri, torna-frezeye özel takım yolu stratejileri, program makinede çalıştırılmadan önce çarpışma kontrolü için makine simülasyon ortamları ve belirli kontrol ve makine konfigürasyonuyla eşleşen kodu çıkaran yapılandırılabilir son işlemciler sağlar. Torna-freze programlama için uygun CAM takımlarına yapılan yatırım, manuel programlama hatalarının hurdaya neden olduğu veya makinede uzun süreli deneme süresi gerektirdiği karmaşık parçalarda hızla kendini amorti eder.

Torna-Freze İşlemleri için Takım İşleme, Taret Kurulumu ve İş Parçası Tutma

Bir tornalama ve frezeleme merkezindeki takımlama sistemi, hem tornalama hem de frezeleme kesme kuvvetlerini desteklemek için hızlı, tekrarlanabilir takım değiştirme kapasitesi ve yeterli sağlamlık ile hem statik tornalama takımlarını hem de tahrikli döner takımları aynı taret içinde barındırmalıdır. Tahrikli takım arayüzü standardı - çeşitli boyutlarda VDI veya BMT (Taban Montajlı Takım), hangi tahrikli takım tutucuların taretle uyumlu olduğunu ve taretin mekanik aktarma organları aracılığıyla maksimum tahrikli takım torku ve hız özelliklerinin ne olduğunu belirler.

BMT taretleri (Blok Tipi Montaj Taret), VDI taretlerinden daha geniş bir montaj yüzeyi kullanır ve frezeleme operasyonları için daha fazla sağlamlık sağlar; derin cep frezeleme veya geniş çaplı parmak frezelerle ağır kanal kesme iş programının bir parçası olduğunda anlamlı bir avantajdır. VDI taretleri daha geniş çapta standartlaştırılmıştır ve birden fazla üreticinin daha geniş uyumlu takım tutucu tasarımları yelpazesini sunar, ancak ağır frezeleme uygulamaları için daha düşük sertlik sınırlarına sahiptir. İlk torna-freze yatırımını yapan atölyeler için, takım tutucu sisteminin mevcut torna takımı stoklarıyla uyumluluğu ve planlanan frezeleme operasyonları için tahrikli takım tutucu seçeneklerinin mevcudiyeti, bir makine modeli seçilmeden önce doğrulanmalıdır.

Torna-Freze İşleme için İş Tutma Stratejileri

Torna-freze merkezinde iş tutma, torna işinde tutmayla aynı prensipleri takip eder; iş parçası hem döndürme kuvvetlerine (radyal) hem de frezeleme kuvvetlerine (eksenel ve radyal, genellikle parmak frezelerden önemli bir eksenel bileşenle) karşı aynı anda güvenli bir şekilde kelepçelenmelidir. Standart 3 çeneli ve 6 çeneli elektrikli aynalar çoğu çubuk beslemeli ve aynalı iş için güvenli bağlama sağlar, ancak çene konfigürasyonu ve çene stroku, parça geometrisinden kaynaklanan tüm yuvarlak olmayan özelliklere veya aynalama çaplarına uygun olmalıdır. Frezeleme kuvvetlerinin özellikle yüksek olduğu parçalar için (büyük anahtar yuvaları, ağır yüzey frezeleme) ek punta veya sabit dayanak desteği, sapmayı ve titreşimi azaltır. Makine miline bağlı bir çubuk besleyici aracılığıyla çubuk besleme, yüksek hacimli çubuk beslemeli bileşenler için standart üretim konfigürasyonudur ve otomatik çubuk yükleme ile ışıkların kapalı veya minimum düzeyde gözetimli çalışmaya olanak sağlar.

CNC Torna ve Freze Merkezi Yatırımının Yatırım Getirisinin Değerlendirilmesi

Bir CNC tornalama ve frezeleme merkezi, eşdeğer tornalama kapasitesine sahip bağımsız bir CNC torna tezgahından daha yüksek bir sermaye maliyeti taşır; konfigürasyona, Y ekseni kapasitesine, alt iş miline ve markaya bağlı olarak genellikle 1,5–3 kat daha yüksektir. Bu primi haklı çıkarmak, birden fazla operasyonu tek bir makinede birleştirmenin tüm üretkenlik, kalite ve genel maliyet etkilerini hesaba katan disiplinli bir yatırım getirisi analizi gerektirir.

• Kurulum süresinin azaltılması: Temsili bir parça için tüm tezgahlardaki mevcut toplam kurulum süresini hesaplayın; makine kurulumu, iş bağlama kurulumu, takım kurulumu ve ilk ürün denetimi dahil. Bunu torna-freze merkezindeki tek kurulum süresiyle karşılaştırın. 3-4 kurulum gerektiren karmaşık parçalar için toplam kurulum süresinde %60-75 oranında azalma elde edilebilir ve bu da düşük ila orta hacimli çalışmalarda parça başına maliyeti doğrudan azaltır.
• Çevrim süresinden tasarruf: Parçaları makineler arasında taşımak, her makineyi yüklemek ve boşaltmak ve işlemler arasında kuyrukta beklemek için harcanan kesme dışı süreyi ölçün. Bu birlikte çalışma süresi, yoğun bir atölye ortamındaki karmaşık parçalar için genellikle gerçek kesme süresinden 2-5 kat daha uzundur ve torna-freze konsolidasyonuyla neredeyse tamamen ortadan kalkar.
• Zemin alanı ve makine sayısının azaltılması: İki veya üç makineyi değiştiren tek bir torna-freze merkezi, önemli miktarda alan tasarrufu sağlar, bakım sözleşmesi gerektiren makine aletlerinin sayısını ve yedek parça envanterini azaltır ve vardiya başına ihtiyaç duyulan makine operatörlerinin sayısını azaltır.
• Kalite ve hurda maliyetinde iyileştirme: Daha az veri ve kurulum, daha az tolerans yığılma fırsatı anlamına gelir. Operasyonlar arasındaki veri kaymasına atfedilebilecek mevcut hurda oranını ölçün ve beklenen iyileşmeyi (genellikle veri kaymasıyla ilgili retlerde %30-60 azalma) yatırım getirisi modeline uygulayın.
• Prosesteki iş envanterinin azaltılması: Makineler arasında hareket etmeyi bekleyen parçalar, yarı mamul envanterine bağlı sermayeyi temsil eder. Makineler arası kuyrukların ortadan kaldırılması Devam Eden Çalışmaları azaltır, nakit akışını iyileştirir ve teklif edilen teslim sürelerini kısaltır; bu da çok çeşitli iş atölyesi ve sözleşmeli işleme ortamlarında rekabet avantajı sağlar.

18-36 aylık geri ödeme süreleri, atölyelerde ve önemli oranda karmaşık rotasyonel parçaların bulunduğu fason işleme operasyonlarında uyumlu torna-freze yatırımları için tipiktir. Çoklu kurulum dizileri kanıtlanmış yüksek hacimli karmaşık parça ailelerini çalıştıran özel üretim hücreleri için geri ödeme daha kısa olabilir. En güçlü yatırım getirisi durumları, net bir parça ailesini belgelenmiş çoklu kurulumlu mevcut süreçle, sıfır noktası değişimine atfedilebilen yüksek hurda oranlarıyla ve teslim süresindeki azalmayı artan sipariş hacmiyle ödüllendiren bir müşteri tabanıyla birleştirir; bunların tümü, uygun şekilde belirlenmiş bir CNC torna ve frezeleme merkezinin doğrudan çözebileceği bir durumdur.